Spatialized bioeconomic modeling of the effects of land use change on the environmental balance of cellulosic bioethanol - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2021

Spatialized bioeconomic modeling of the effects of land use change on the environmental balance of cellulosic bioethanol

Modélisation bioéconomique spatialisée des effets de l'usage des sols sur le bilan environnemental du bioéthanol lignocellulosique

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Abstract

In a context of curbing the GHG emissions of the transport sector in France, this PhD thesis focuses on the environmental assessment of second generation biofuels produced from miscanthus and switchgrass. We started by testing and validating the agro-ecosystem model CERES-EGC for these two candidate crops. Simulations were regionalized at the scale of France with different levels of nitrogen inputs, and two climatic horizons. An economic dimension was introduced by coupling the outputs of CERES-EGC with the economic model AROPAj. This coupling was essential for the calculation of direct land use change effects (LUC). Those were combined with the CERES-EGC outputs to procude a spatialized LCA taking into account the pedoclimatic conditions in terms of yield, nitrogen emissions and LUC. This environmental assessment showed that miscanthus and switchgrass reduced GHG emissions by 76% to 96% compared to gasoline, taking into account LUC. Crop yield and reactive N emissions depended on the rate of fertilizer N applied. Miscanthus came out as more competitive and less harmful than switchgrass in France. In the long run the two cultures are still more competitive.
Dans le contexte de réduction des émissions de GES du secteur des transports en France, ce travail de thèse se focalise sur les bilans environnementaux de biocarburants produits à partir de cultures lignocellulosiques. Deux espèces pérennes ont été étudiées : le miscanthus et le switchgrass. Nous avons testé et validé un modèle biophysique, CERES-EGC, pour ces deux cultures. Les simulations ont été spatialisées à l’échelle de la France avec différents niveaux de fertilisations azotées et deux horizons climatiques. Une dimension économique a été introduite en faisant le couplage des sorties du modèle CERES-EGC avec le modèle économique AROPAj. Ce couplage bio-économique a été essentiel pour le calcul des changements d’affectation des sols (CAS) directs liés au développement des cultures lignocellulosiques. Ceux-ci ont été combinés avec les sorties CERES-EGC pour construire une ACV spatialisées prenant en compte les conditions pédoclimatiques des différentes régions de France. Cette évaluation environnementale montre que la substitution d’essence fossile par le bioéthanol permet de réduire les émissions de GES de 76 à 96%, en prenant en compte les CAS. Le rendement et les émissions des cultures dépendent de la dose de fertilisation azotée appliquée. Le miscanthus est plus compétitif et moins impactant que le switchgrass dans les conditions pédoclimatiques françaises. sur le long terme les deux cultures sont encore plus compétitives à l’échelle de la France.
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Dates and versions

tel-03461296 , version 1 (01-12-2021)

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  • HAL Id : tel-03461296 , version 1

Cite

Monia El Akkari. Modélisation bioéconomique spatialisée des effets de l'usage des sols sur le bilan environnemental du bioéthanol lignocellulosique. Ingénierie de l'environnement. Université Paris-Saclay, 2021. Français. ⟨NNT : 2021UPASB003⟩. ⟨tel-03461296⟩
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